Новости химической науки > Первый пример промышленного катализа нанотрубками

В соответствии с работой исследователей из Германии, катализатор, состоящий из модифицированных углеродных нанотрубок, увеличивает эффективность и смягчает условия важного промышленного процесса.

Модифицированные фосфором окисленные нанотрубки представляют собой селективные катализаторы окислительного дегидрирования бутана в бутадиен. (Рисунок из Science, 2008, DOI: 10.1126/science.1161916)

Дангшенг Су (Dangsheng Su) и его группа из Института Фрица Габера (Берлин), обнаружили, что окисление поверхности углеродных нанотрубок и модификация их фосфором позволяет получить стабильный катализатор, способный к более селективному и мягкому дегидрированию бутана, чем существующие в настоящее время металлокомплексные катализаторы.

В настоящее время для получения бутадиена и других ненасыщенных углеводородов из бутана используются оксиды переходных металлов (например, смеси оксидов ванадия и марганца). Для увеличения активности катализаторов эти реакции проводят при высоких температурах и в присутствии кислорода, однако в этих условиях может идти окисление образующихся олефинов, приводящее к понижению выхода бутадиена.

Новый процесс не только протекает при гораздо менее высоких температурах (400°C), но и обходится меньшим количеством кислорода. Катализатор на основе нанотрубок может сравниться по производительности с лучшими металл-оксидными катализаторами. По словам Су, «нанокатализаторы» дают вдвое более высокий выход бутадиена – наиболее ценного из продуктов дегидрирования бутана.

По словам Су, ключом для каталитических свойств модифицированных нанотрубок является то, что после их кипячения в азотной кислоте поверхность нанотрубок покрывается карбонильными группами, которые активируют C-H связи бутана и регенерируются в ходе протекания реакции. Небольшие добавки фосфора увеличивают выход олефинов еще в большей степени. Исследователи полагают, что роль фосфора заключается в залечивании дефектов нанотрубок, предотвращении реакций нанотрубок с кислородом и препятствовании образования электрофильных кислородсодержащих частиц, разрушающих ненасыщенные углеводородов.

Углеродные нанотрубки и ранее пытались использовать для решения каталитических задач, они использовались для катализа превращения этилбензола в стирол. Тем не менее, исследователи были приятно удивлены своим успехом – бутан гораздо более инертен, чем этилбензол.

Источник: Science, 2008, DOI: 10.1126/science.1161916

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #органический синтез, #химическая технология, #химия поверхности